DE1960782A1 - Blaslanze fuer die Zufuhr gas- und/oder pulverfoermiger Reaktionsstoffe bei metallurgischen Prozessen - Google Patents

Description

Anmelderin: 17. 11. 19β9

DEMAG Aktiengesellschaft 2320-Pl/Me.

41 Duisburg 5566/HS 3 Wolfgang-Reuter-Platz

Blaslanze für die Zufuhr gas- und/oder pulverförmiger Reaktionsstoffe bei metallurgischen Prozessen

Die Erfindung betrifft eine Blaslanze für die Zufuhr gas- und/oder pulverförmiger Reaktionsstoffe bei metallurgischen Prozessen, bestehend aus zwei konzentrische Vor- und Rücklaufkanäle bildenden Rohren, wobei ein zentrales Reaktionsstoffrohr den Rücklaufkanal zusammen mit dem inneren Kühlmantelrohr ergibt und das Reaktionsstoff- <J

rohr zwecks Wärmedehnungsausgleichs gleitbar in einen aufgesetzten Düsenkopf reicht und mit einem oder mehreren Dichtringen versehen ist.

Bekanntlich liegen die Schwierigkeiten der metallurgischen Blaslanzen in einer extrem hohen WSrmebeanspruchung, die begleitet wird vom Kriterium eines mit Schlacke- bzw. Metallteilchen behafteten Abgasstromes. Es kommt daher nicht selten zu einer Störung in der ordnungsgemäßen Zuführung von Kühlmitteln bzw. in der Aufrechterhaltung eines Kühlmittelquerschnittes, der eine ausreichende Kühlmittelmenge durchströmen zu lassen gestattet. Noch schwieriger wirken sich Jedoch die sich an der Blaslanze ablagernden Schlacke- oder Metallteil- " chen aus, welche schließlich zu einem beträchtlichen Ansatz am Schaft der Blaslanze führen und zunächst eine Gewichtserhöhung der Blaslanze bedeuten. Sofern die mechanische Beanspruchung der Gewichtsbelastung von der Lanze ertragen werden kann, spielt weiterhin das Wärmedehnungsverhalten der Blaslanzen eine beträchtliche Rolle im Hinblick auf eine anzustrebende lange Lebensdauer. Der Betrieb in Sauerstoffaufblasstahlwerken kann um so wirtschaftlicher und reibungsloser gestaltet werden, desto länger eine Blaslanze im Stande 1st, die betriebliche Belastung der Wärme und des Abgasstromes zu ertragen.

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Im allgemeinen bestehen die nach der Gattung bezeichneten Blaslanzen aus Stahlrohren, die mit einem kupfernen Düsenkopf bestückt sind. Für das Wärmedehnungsverhalten kommt es dabei Insbesondere darauf an, daß die auftretenden Wärmespannungen nicht frühzeitig zu Rissen im Düeenkopf führen. Eine gleichmäßige Wärmeabfuhr und ein wärmedehnungsgerechter Aufbau sorgen daher für eine lange Lebensdauer der Blaslanzen. Diese Lebensdauer ist Jedoch Immer noch dadurch beschränkt, daß die die Reaktionsstoffe und andere, die Kühlmittel führenden Rohre unzureichend mit dem Düsenkopf verbunden sind. Gemäß einem ersten bekannten Vorsohlag sind zwar sämtliche konzentrisch inelnandergesteckten Rohre an dem Ende mit den Betriebsmlttelanschlüssen an Flanschen befestigt, so daß nach grober Überlegung vom Flansch ausgehend eine individuelle Wärmeausdehnung gesichert sein müßte. Jedoch verzichtet die bekannte Lösung restlos auf das gesonderte Anbringen eines Düsenkopfes, so daß die Mündung der Lanze mangels unzureichender Wärmeabfuhr in kurzen Zeitabständen angegriffen und daher unbrauchbar wird.

Gemäß einem zweiten bekannten Vorschlag wird die gattungsmäßig vorausgesetzte Konstruktion mit einem Düsenkopf verwendet. Der dabei vorausgesetzte Düsenkopf ist zwar einstückig gegossen, jedoch aus praktisch drei konzentrischen Schäften gebildet, von denen die beiden inneren mit Gewinde versehen sind, so daß der Düsenkopf bei Verschleiß nur dadurch ausgetauscht werden kann, indem er aus den beiden Gewinden herausgeschraubt wird. Da Jedoch am äußeren Durchmesser der Düsenkopf verschweißt sein muß, kann tr sich während des Betriebes nur so weit ausdehnen als die beiden konzentrischen Gewindeverbindungen gestatten. Die Gewinde sind daher überbeansprucht und bieten aus diesem Grund kein« Sicherheit mehr, das Kühlwasser gegen den Sauerstoffstrom abzudichten, was eine besondere Gefährlichkeit bildet, wenn man bedenkt, daß Anteile des Wassers in den hochkomprimierten Sauerstoffstrom gelangen könnten. Da auch die Kühlwasserführung central und ganz außen angeordnet 1st, entsteht eine weitere Schwierigkeit, nämlich gleich an zwei Dichtungsstellen den Eintritt des Kühlwassers in den Sauerstoffstrom verhindern zu müssen. Durch

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unangemessen hohe unterschiedliche Wärmedehnung der das Gewinde tragenden Schäfte leiert das Gewinde aus und bietet bei einem Wechsel des Düsenkopfes keine Sicherheit für eine ordnungsgemäße Abdichtung. Die zweite bekannte Lösung stellt daher nicht nur eine sehr komplizierte Befestigung des Düsenkopfes dar, sondern auch eine überaus gefährliche, da kaum damit zu rechnen ist, daß die Gewinde der Betriebs-, mittelrohre einen mehrmaligen Austausch des Düeenkopfes gestatten.

Ein dritter bekannter Vorschlag sieht ebenfalls einen austauschbaren Düsenkopf vor. Das Reaktionsstoffrohr ist zwecks Wärmedehnungsausgleich^ gleitbar im innersten Schaft des praktisch dreischaftigen Düsenkopfes angeordnet. Der Düsenkopf kann sich daher unabhängig vom Reaktionestoffrohr ausdehnen, was als besonders vorteilhaft betrachtet wird. Die Kühlwasser^ führung setzt jedoch praktisch den dritten Schaft voraus und die einzelnen Schäfte sind verhältnismäßig ungünstig durch Steckverbindungen an die Kühlmittelrohre angeschlossen, so daß sehr enge Kühlmitte!querschnitte entstehen. Ferner erweist sich als nachteilig beim Austauschen des Düsenkopfes, daß dieser am Ende des äußersten Rohres abgeschnitten werden muß, so daß jeweils ein Ringstück aus dem Kühlmittelrohr noch entfernt werden muß, wenn ein neuer Düsenkopf eingesetzt werden soll, Wenn daher das Wärmedehnungsverhalten dieser Blaslanzenkonstruktion auch ausreichend sein mag, so bestehen doch große Bedenken, einen häufigeren Wechsel des Düsenkopfes mit dieser Bauweise durchführen zu können.

Der vorliegenden Aufgabe liegt deshalb zugrunde, zusätzlich £su den Eigenschaften des günstigen Wärmedehnungsverhaltens einen besseren Austausch der Düsenköpfe auf Grund einer andersartigen Anordnung und Gestaltungsweise herbeiführen zu können. Zum Ziel der Erfindung gehört es gleichermaßen, die Kühlung ebenfalls zu verbessern, d.h. mangelhafte Kühlmittelquerschnitte zu vermelden.

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Die gestellte Aufgabe wird nunmehr dadurch gelöst, daß der Düsenkopf einstückig aus nur zwei konzentrischen, ungleichlangen Schaftstücken gebildet ist, wovon das kurze außen liegt und mittels einer Ringschweißnaht mit dem äußeren Kühlraantelrohr verbunden ist, hingegen das längere Schaftstüek den Gleitsitz zusammen mit dem Reaktionsstoffrohr bildet, wobei eine oder mehrere Bohrungen als Düsenkanäle im Zentrum des Düsenkopfes derart vorgesehen sind, daß das kurze Schaftstück die geringere Wandstärke gegenüber den übrigen Wandungsteilen des Düsenkopfes aufweist. Daraus ergeben sich mehrere Vorteile: Da das kurze Schaftstück außen liegt, kann das Abschneiden mittels Schweißbrennern beim Austausch des Düsenkopfes mehrfach durchgeführt werden, ohne daß das äußere Küh!mantelrohr besondere leidet, d.h. eine Kürzung erfährt, die die übrigen Einbaumaße beeinträchtigt. Diese Schweißnaht bildet im Übrigen die einsige Befestigungsstelle und läßt sich hinsichtlich einer Überprüfung an Hand moderner Meßmethoden besonders leicht auf Dichtheit und Homogenität kontrollieren· Das längere Schaftstück, das den Qleitslts zusammen mit dem Reaktionsstoffrohr bildet gestattet, «ine Längenveränderung des äußeren Kühlmante!rohreβ ohne weiteres aufzufangen, was für den mehrfachen Austausch eines Düsenkopfes vorteilhaft ist. Da nunmehr dl« Wandstärke das längeren Schaftstückes besonders kräftig gehalten ist und auch der Bereich der Düsen am Düsenkopf den Schwerpunkt de· Körpers bildet, dessen Kühlung automatisch durch das aueströmende Gas vorgenommen wird, ist besonders zweckmäßig, die äußeren Bereiche des Düsenkopfes dünnwandig zu halten, um »inen geringen Wärmewiderstand zu erzeugen. Die durch das Kühlwasser abgeführte Wärmeneng· 1st daher besonders groß und die Gleichmäßigkeit zwischen der Kühlung Innerer und äußerer Bereich· an erfindungsgemaAen Düsenkopf besonder· vorteilhaft.

Nach der weiteren Erfindung 1st vorgesehen, daß die Wandstärken vom äußeren Kühlmantelrohr und kurzem Soh&ftstüok <3«s Düsenkopf ea übereinstimmen. Dadurch wird eine Stusapf schweißnaht erreicht und gleichzeitig ein· glatte Außenfläche, so daß

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Ansätze, bestehend aus den besagten Schlacke· oder Metallteilchen weniger als bisher entstehen können. Mit dieser Maßnahme ist außerdem eine doppelte Wirkung verbunden, indem im Innern ein glatter Kühlwasserquerschnitt entsteht, so daß dort die StrOmungswideretSnde und daher der stetige Dur«hfIu* des Kühlwassers besonders günstig sind.

Für einen stetigen Kühlmittelquerschnitt und daher für «inen gleichmäßigen Wärmeentzug arbeitet auch die zusätzliche Maßnahme, daß das innere Kühlmantelrohr glatt und einstückig ausgeführt ist. Die Erkenntnis einer möglichst störungsfreien Führung des Kühlmittels trägt wesentlich dazu bei, den gleichmäßigen Wärmeentzug im zentralen und im äußeren Bereich des Düsenkopfes zu erreichen.

Ein Anderes Merkmal der Erfindung besteht nunmehr darin, da* der den Gleitsitz des Reaktionsstoffrohres bildende . Längenabschnitt stumpf angeschweißt let und dl«selb« Wandstärke wie die Wandung de· Beaktioneetoffrohres aufweist. Auch hler wird der Zweck verfolgt, den Kühlmittelkanalquerschnitt möglichst stetig χα gestalten und eindeutige Strtaiungsverhältnisse zu schaffen, tun insbesondere dl· Boreahnungen über die Wärmeabfuhr weitestgehend in dl· Praxis uasetsen zu können. Fertigungstechnisch entsteht außerdem der Vorteil, ein Rohrstück mit entsprechendem Außendurchraesser In geringen Toleranzen herstellen zu können, das ebenfalls vie ein Düsenkopf auf Lagergelegt wird und bereitliegt, um gegebenenfalls einen raschen Austausch des Teiles zu bewerkstelligen, der den Gleitaitz bildet. Lange Rohre, deren Schaftblldung an der Spitze umständlich 1st, können daher vermieden werden. Außerdem ist vorteilhaft, daß ein sicherer Dichtsitz durch entsprechende Oberflächengüte dieses Lüngenabschnittee erhalten werden kann.

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Erfinderisch ist ferner, daft die aus dea vollen Werkstoff gearbeiteten Düsenkanäle eine konische Austritte-Erweiterung aufweisen. Eine solche kann schon in Düsenkanal selbst gebildet sein oder aber für alle zwei oder drei Düsen vorhanden sein, so daß sich eine Bucht ausbildet, die «unächst einmal den Strom des Reaktionsstoffes konzentriert und außerdem weniger Teilchen an die Unterseite des Düeenkopfee gelangen läßt. Die Düsenaustrittsfl&che 1st daher ebenfalls besser gekühlt als bisher, so daß bei ausströmende» Sauerstoff nicht Jene Reaktionstemperatur vorliegt, In der sieh beispielsweise Kupfer stark mit Sauerstoff anreichert. Der erfindungsgemäß« Düsenkopf wird dadurch haltbarer gegenüber den bekannten.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbelspielder Erfindung^ schematise!} dargestellt und in folgenden nfiher erläutert:

Die einslge Figur der Zeichnung bildet einen axialen Schnitt durch das Ende einer Blaslanze mit der erfindungegem&ßen Befestigung des erfIndungsgemäßen Düsenkopfes·

Die Hauptteile der Blaslanze bilden das lüfter« Kuhlnantelrohr 1, das Innere Kühlmantelrohr 2 und das Reaktionsstoffrohr 3 sowie der Düsenkopf 4. Die Rohre 1 bis 3 sind in der bekannten Welse an den Betriebsmittelansehlflaeen mit Planschen befestigt, was daher nicht weiter gezeigt xu werden braucht. Durch das Reaktionestoffrohr kSnnen Sauerstoff, Kalk oder andere Zuschläge in Pulverform geführt werden. Das Reaktionset of fr ohr 3 sowie das innere Kühlmantelrohr 2 bilden lusammen den Vorlauf kanal 5 für Kühlwasser, das demnach in der Pfeilriohtung 6 strömt. Das Kühlwasser wird bei 7 umgelenkt und strömt danach der natürlichen Konvektion folgend in Pfeilrichtung 8 wieder ab. Zwischen innerem Kühlmantelrohr 2 und Äußerem Kfihlmantelrohr 1 wird daher der Rücklaufkanal 9 gebildet* Der Längenabschnitt 10 des Reaktlonsstoffrohres 3 bildet susamaen mit dem Düsenkopf 4 einen Oleltslts 11, der später noch su beschreibende Dichtungeringe 12 aufweist.

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Der Düsenkopf k 1st nunmehr einstückig ausgeführt und besitzt zwei konzentrische ungleichlange Schaftstücke 13 und Ik. Das kurze Schaftstück 1*1 liegt außen und ist mittels der Stumpfschweißneht 15 direkt an den Durchmesser des öußeren Kühlmantelrohres 1 angeschweißt oder Je nach Werkstoffzusammensetzung hartgelötet. Das lHnpere Schaftstüek 13 bildet den Gleitsitz 11 zusammen mit dem Löngenabscbnltt 10 des Reaktionsstoff rohres 3· Im Zentrum 16 des Düsenkopfee M liegt der Anfang von mehreren DüsenkanSlen 17 - im Ausführungsbeispiel sind es drei - so daß von einer weiteren Bohrung nur die Mittellinie 18 gezeichnet ist. Die Wandungsteile 19 und 20 des Düsenkopfes k können aus diesem Grunde auch erheblich stärker gebildet werden gegenüber den Wandung3teilen 21, die im übrigen der Wandstärke des fiufceren Kühlmantelrohres 1 entsprechen. Es ist sehr vorteilhaft, gerede die Wandungsteile 19 etwas stärker zu gestalten, um öhre Wärmeverzug des langen Schaftstüekes 13 die Nutenring.e 22 der Dichtringe unterbringen zu können.

Hierbei besteht eine zusatzliche Möglichkeit der Qleitsitzbildung 11 zwischen Düsenkopf k und dem Reaktionsstoffrohr darin, daß der Wandungstell 19 des SchaftStückes 13 auch in das Innere 23 des Längenabechnlttes IO pezogen sein könnte, um die Strömungsverhältnisse im Vorlaufkanal 5 noch weiter zu verbessern. In diesem Fall würde der Süßere Durchmesser 2Ί mit dem gezeichneten Durchmesser 25 abschließen und ein kurzes 2v/iechenstück bilden, auf dem sich beide Pchre gegeneinander verschieben könnten. Eine solche Ausführunpsform besitzt ebenfalls Vorteile, wobei davon ausgegangen wird, die sich dann im Inneren des Länpenebechnittes 10 befindliche Kante mit einer Abschrägung (Phase) zu versehen.

Die StumpfSchweißnaht, ale Plnpschweißnaht 15 bezeichnet, läßt eich besonders vorteilhaft dann ausführen, wenn die Wandstärken 21 des kurzen Schaftstüekes 1*1 am Dösenkopf k mit der Wandstärke 27 des äußeren Kühlmantelrohres 1 überein stimmen. Das innere Kühlmantelrohr 2 ist glatt und einstückig ausgeführt, d.h. en seinem oberen Ende wie bereits beschrieben an einem Flansch verschraubt.

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Der den Gleitsitz 11 des Reaktlonostoffrohreß 3 bildende Längenabschnitt 10 1st ebenfalls bei 28 stumpf angeschweißt und besitzt dieselbe Wandstärke 29 wie die Wandetärke 30 des Reaktlonsstoffrohres 3.

Der Düsenkopf 4 verlSuft voir äußeren Schafts tuck Ik zum Zentrum 16.über den Eojren 31 und besitzt Im übrigen an den Dü-senkanfilen 17 und IS Jevreils konische Austrittserwelterunpen 32. Der gesatrte DfisenkoT5f kann Jedoch eine zusätzliche Erweiterung im Dereich 33 aufweisen, an den sich der Bogen Jeweils anschließt.

In Betracht gezogene Druckschriften: USA-Patentschrift 2 829 960
USA-Patentschrift 2 863 656
USA-Patentschrift 2 807 506.

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Claims (4)

Anmelderin: T 17. 11. 1969 DEMAG Aktiengesellschaft .2320-Fl/Me. Duisburg .5566/HS 3 Wolf gang-Reuter-Platz 19607 82 Patentansprüche

1. Blaslanze für die Zufuhr gas- und/oder pulverförmiger Reaktionsstoffe bei metallurgischen Prozessen, bestehend aus zwei konzentrische Vor- und Rücklaufkanäle bildenden Rohren,wobei ein zentrales Reaktionsstoffrohr den Rücklaufkanal zusammen mit dem inneren Kühlmantelrohr ergibt und das Reaktionsstoffrohr zwecks Wärmedehnungsausgleichs gleitbar in einen aufgesetzten Düsenkopf reicht und mit einem oder mehreren Dichtringen versehen ist,

dadurch gekennzeichnet,

daß der Düsenkopf (4) einstückig aus nur zwei konzentrischen ungleich langen Schaftstücken (13,I¹*) gebildet ist, wovon das kurze (14") außen liegt und mittels einer Ringschweißnaht (15) mit dem äußeren Kühlmantelrohr (I) verbunden 1st, hingegen das längere Schaftstück (13) den Gleitsitz (11) zusammen mit dem Reaktionsstoffrohr (3) bildet, wobei eine oder mehrere Bohrungen (17,18) als Düsenkanäle Im Zentrum (16) des Düsenkopfes (4) derart vorgesehen sind, daß das kurze Schaftstück (14) die geringere Wandstärke (21) gegenüber den übrigen Wandungsteilen (19,20) des Düsenkopfes (4) aufweist.

2. Blaslanze nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Wandstärken (27,21) vom äußeren Kühlmantelrohr (1) und kurzem SchaftstUck (10 des Düsenkopfes (4) übereinstimmen«

3» Blaslanze nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet,

daß ύ&Β innere Kflhlmantelrohr (2) glatt und einstückig ausgeführt let.

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4. Blaslance nach den Aneprüohen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,

daß der dtn Gleitsits (11) de· Reaktion··toffrohr·· (3) bildende Langenabschnitt (10) stuapf angesohwelftt 1st und Aleaelbe Wandstärke (29) wi· die Wendung (30) des Reektioneetoffrohree (3) aufweist·

5· Blaalanse nech den Ansprüchen 1 bi» 3, dadurch gekenneeicknet,

de£ die au· den vollen Werkstoff gearbeiteten DfisenkanÄle (17,iß) eine konische Austritte-Erweiterung aufweisen»